DE2952740A1 - Verfahren und vorrichtung zur erwaermung von wasser mit abgasen eines verbrennungsofens - Google Patents

Description

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BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2 Ulrich Holthaus, Vieringhausen 17, 5630 Remscheid

Verfahren und Vorrichtung zur Erwärmung von Wasser mit Abgasen eines Verbrennungsofens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erwärmen von Wasser mit Abgasen eines Verbrennungsofens, welche von einem ein- und ausschaltbaren Gebläse durch einen Wärmetauscher gefördert werden, dessen erwärmtes Wasser einem Verbraucher zugeführt wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art ist der Wärmetauscher in die Abgasleitung eines Heizkessels geschaltet und speist sein erwärmtes Wasser in einen Warmwasserbereiter ein. In der Abgasleitung des Heizkessels ist auf der Abgasseite des Wärmetauschers ein Gebläse an-

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geordnet, welches die im Wärmetauscher abgekühlten Abgase in eine Abgasauslaßleitung fördert. Dieses bekannte Gebläse wird in Abhängigkeit von der Tätigkeit des Brenners im Heizkessel ein- und ausgeschaltet, arbeitet also nur, wenn auch warme Abgase anfallen.

Das bekannte Verfahren vermag lediglich Warmwasser zu erzeugen, nicht hingegen Heizwasser, da die Temperatur der Abgase zu gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß damit Heizwasser erzeugt und verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Wasser auf Heizwassertemperatur erwärmt und einem Heizkreis zugeführt wird, und daß das Gebläse in Abhängigkeit von der Heizwassertemperatur ein- und ausgeschaltet und bei Oberschreiten einer höchstzulässigen Heizwassertemperatur abgeschaltet wird.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß das Wasser auf eine Heizwassertemperatur von für Warmwasser- oder Heißwasserheizungen erwärmt wird, z.B. auf 75 bis 85⁰C, was der Vorlauftemperatur einer Warmwasserheizung entspricht. Das Gebläse wird bei kontinuierlich anfallenden Abgasen, z.B. in Abgasen eines Ofens zum Härten von Werkzeugen, in Abhängigkeit von der Heizwassertemperatur ein- und ausgeschaltet. Diese Heizwassertemperatur kann am Wärmetauscher gemessen werden, sie kann aber auch in dem Heizkreis ge-

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messen werden, dem das Heizwasser zugeführt wurde. Wichtig ist, daß das Ein- und Ausschalten des Geblases abnahmeseitig vom Wärmetauscher erfolgt. Dasselbe gilt auch für das Abschalten des Gebläses bei überschreiten einer höchstzulässigen Heizwassertemperatur, damit der Heizkreis bzw. die Abnahmeseite des Wärmetauschers nicht durch zu heißes Heizwasser überlastet wird bzw. Dampfbildung vermieden wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird dem Abgas Luft beigemischt und bei Überschreiten einer hochstzulässigen Gastemperatur im Wärmetauscher erfolgt eine Abschaltung des Gebläses. Auf diese Weise wird zusätzlich auch von der Primärseite des Wärmetauschers alles Erforderliche getan, damit dieser gegen überhitzen geschützt wird. Die beigemischte Luft bewirkt, daß das in den Wärmetauscher gelangende Abgas eine gewünschte Temperatur hat. Wird eine höchstzulässige Gastemperatur überschritten, so erfolgt eine Abschaltung des Gebläses und damit keine weitere Wärmezufuhr zum Wärmetauscher. Dadurch werden Schäden durch überhitzung bzw. Dampfbildung im Wärmetauscher bzw. im angeschlossenen Heizkreis vermieden.

Bei Unterschreiten einer niedrigstzulässigen Gastemperatur im Wärmetauscher erfolgt eine Abschaltung des Gebläses, so daß auch dann kein Abgas mehr dem Wärmetauscher zugeführt wird. Die niedrigstzulässige Gastemperatur wird

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durch die Taupunktgrenze bestimmt, bei der Kondensatbildung auftreten könnte. Kondensat im Wärmetauscher bzw. dessen Zuleitungen muß vermieden werden, da sonst Korrosionsschäden auftreten können, insbesondere bei agressiven Abgasen.

Mit einem Abschalten des Gebläses wird der Wärmetauscher vom Abgas abgesperrt. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Gebläse von der Heizwasser- oder von der Abgasseite des Wärmetauschers her abgeschaltet wurde. Die Absperrung des Wärmetauschers vom Abgas vermeidet, daß trotz der Abschaltung des Gebläses weiterhin den Wärmetauscher durchströmende Abgase zu einer überhitzung des Wärmetauschers oder zur Dampfbildung im Wärmetauscher beitragen können.

Das erwärmte Wasser wird einem einen Heizkessel aufweisenden Heizkreis zugeführt, und das Ein- und Ausschalten des Gebläses und dessen Obertemperaturabschaltung erfolgt in Abhängigkeit von einer Vorlauftemperatur des Heizkesselwassers. Damit kann bei Einspeisung des erwärmten Wassers in einen einen Heizkessel aufweisenden Heizkreis von einem ohnehin am Heizkessel erforderlichen Doppelthermostaten zur überwachung der Vorlauftemperatur des Heizkesselwassers für eine überwachung der Heizwassertemperatur gesorgt werden. Wird das erwärmte Wasser in eine

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oder mehrere Rücklaufleitungen eines oder mehrerer Heizkessel gespeist, so wird für eine Aufrechterhaltung der Erwärmung des Beizkessels auch bei ausgeschaltetem Heizkesselbrenner gesorgt, wodurch Materialermüdung durch aufeinanderfolgendes Abkühlen und Wiedererwärmen vermieden wird. Bei mehreren Heizkesseln erfolgt die Steuerung des Gebläses heizwasserseitig vor der Zuführung des erwärmten Wassers in die Rückläufe.

Das Ein- und Ausschalten und die Abschaltung des Gebläses erfolgt bedarfsweise in Abhängigkeit von der vor der Zuführung des erwärmten Wassers in den Heizkreis gemessenen Heizwassertemperatur. Damit wird auch dann noch eine angemessene Regelung des Wärmerückgewinnungskreises bzw. eine Sicherung des Wärmetauschers von der Abnahmeseite her erreicht, wenn die Wärmerückgewinnungeanlage mit Heizkreisen zusammenarbeitet, die keine Temperaturüberwachung des Heizwassers haben bzw. nicht oder in nicht stets sicherer Weise auf die Wärmerückgewinnungsanlage einwirken.

Ein dem Wärmetauscher parallel geschaltetes By-Pass-Ventil wird bei nicht erfolgender Wassererwärmung geöffnet und der Wärmetauscher wird strömungsmäßig abgeschaltet. Damit wird eine Erwärmung des Wärmetauschers und damit ein entsprechender Energieverlust des Heizkreises vermieden, wenn der Wärmetauscher nicht in Betrieb ist.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des obengenannten Verfahrens ist das Gebläse abgasableitungsseitig

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an den Wärmetauscher angeschlossen, in einer Abgaszuleitung zum Wärmetauscher ist eine fernbedienbare Absperrklappe angeordnet, und es ist eine der Abgaszuleitung parallele Abgasauslaßleitung vorhanden. Durch die abgasableitungsseitige Anordnung des Gebläses wird dieses temperaturmäßig nicht so hoch belastet, wie bei abgaszuleitungsseitiger Anordnung. Die abgaszuleitungseeitige Anordnung der Absperrklappe bewirkt durch vollständige Absperrung der Abgas-Zuleitung eine Herabsetzung der Belastung des Wärmetauschers, wobei durch die Abgasauslaßleitung dafür gesorgt wird, daß anfallende Abgase aus dem Verbrennungsofen entweichen können. In der Abgasauslaßleitung ist eine Falschluftsperrklappe angeordnet, damit eine ungewollte Zumischung von Luft über die Abgasauslaßleitung vermieden wird.

Zur kontrollierten Zumischung von Luft ist an die Abgaszuleitung eine Luftzuleitung angeschlossen, und in der Abgaszuleitung sind abgasströmungsmäßig vor einem Luftzuleitungsanschluß sowie in der Luftzuleitung je eine Mischklappe angeordnet. Die vorzugsweise fernbedienbar ausgeführten Mischklappen gestatten es, die Beimischung der Luft im gewünschten Umfang zu regeln.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung einer Anlage zum Erwärmen von

Wasser mit Abgasen, bei der das erwärmte Wasser in einen einen Heizkessel aufweisenden Heizkreis eingespeist wird und

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Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vereinfachte Anlage zum Erwärmen von Wasser mit Abgasen, wobei das erwärmte Hasser einem besonderen Heizkreissystem zugeführt wird.

An einen Verbrennungsofen 10 ist ein Wärmetauscher mit einer Abgaszuleitung 12 angeschlossen. Ein Gebläse 13 ist abgasableitungsseitig an den Wärmetauscher 11 angeschlossen und fördert Abgase vom Verbrennungsofen 10 durch die Abgaszuleitung 12 und den Wärmetauscher 11 in eine Abgasableitung 14, die im Wärmetauscher 11 abgekühltes Abgas entläßt. An den Verbrennungsofen 10 ist eine Abgasauslaßleitung 15 angeschlossen, welche Abgase des Verbrennungsofens 10 entläBt, wenn die Abgaszuleitung 12 gesperrt ist. In der Abgasauslaßleitung 15 ist eine fernbedienbare Falschluftsperrklappe 16 angeordnet, welche die Abgasauslaßleitung 15 vollständig schließt, falls die Abgaszuleitung 12 geöffnet ist.

Das vom Wärmetauscher 11 zu erwärmende Wasser strömt durch eine Rücklaufleitung 17 des Wärmetauschers 11, ein unteres Absperrventil 18, ein oberes Absperrventil 19 und eine Vorlaufleitung 20 des Wärmetauschers 11 in einen Heizkreis 21, in den ein Heizkessel 22 geschaltet ist. Die Zuführung des erwärmten Wassers erfolgt in eine Rücklaufleitung 23 des Heizkreises 21, in der eine mit ihren dazugehörigen Absperrventilen dargestellte Umwälzpumpe 24 angeordnet ist, welche für die Umwälzung des Heizwassers

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durch nicht dargestellte, an einer Stelle 25 angeschlossene Heizwasserverbraucher des Heizkreises 21 sorgt.

Am Heizkessel 22 1st ein Doppelthermostat vorhanden, der einerseits die Vorlauftemperatur des Heizkesselwassers in einer Heizkesselvorlaufleitung 26 von ca. 75 bis 85⁰C Oberwacht und demgemäß das Arbeiten des Heizkessels 22, aber vor allem auch das Arbeiten des Gebläses 13 regelt. Bei Erreichen einer vorgegebenen Temperaturobergrenze schaltet der eine Thermostat des Doppelthermostaten 27 das Gebläse 13 aus. Sinkt die Vorlauftemperatur des Heizwassers unter eine festgelegte Untergrenze, so wird das Gebläse wieder eingeschaltet. Der andere Thermostat des Doppelthermostaten 27 schaltet das Gebläse 13 ab, falls eine höchstzulässige Heizwassertemperatur von z.B. 97°C überschritten wird, z.B. im Fehlerfall des einen Thermostaten.

Strömungsmäßig hinter dem Absperrventil 19 des Wärmetauschers 11 ist ein Störungsthermostat 28 angeordnet, der die Temperatur des vom Wärmetauscher 11 erwärmten Wassers noch vor dessen Zuführung in den Heizkreis 21 mißt und das Gebläse 13 z.B. bei 98⁰C abschaltet. Bei Störungen am Heizkreis 21 bzw. am Doppelthermostaten 27 werden so Schäden am Wärmetauscher 11 durch überhitzung, oder im gesamten sekundären Leitungssystem, durch Dampf- bzw. Dampfblasenbildung verhindert. Damit auch bei einem Versagen des Störungsthermostaten 28 Schäden vermieden werden können, ist ein Sicherheitsventil 29 vorgesehen, welches bei Oberdruck öffnet.

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An die Abgaszuleitung 12 ist eine Luftzuleitung 30 angeschlossen, durch welche dem Abgas Luft beigemischt werden kann. Die ohne oder mit Luftbeimischung erreichte Gastemperatur an einem Eingang 31 des Wärmetauschers 11 wird von einer Meßvorrichtung 32 gemessen, welche das Mischungsverhältnis Abgas / Luft über eine nicht dargestellte Regelvorrichtung zu steuern gestattet. Hierzu sind in der Luftzuleitung 30 eine fernbedienbare Mischklappe 33 und in der Abgaszuleitung 12 vor einem Luftzuleitungsanschluß 34 eine fernbedienbare Mischklappe 35 angeordnet. Die Mischklappen 33,35 können so eingestellt werden, daß die Mischklappe 33 vollständig geschlossen und die Mischklappe 35 vollständig geöffnet ist, wenn ausschließlich Abgase in den Wärmetauscher 11 gelangen sollen. Wird Luft beigemischt, so wird die Mischklappe 33 entsprechend geöffnet und erforderlichenfalls die Mischklappe 35 entsprechend geschlossen. Die Falschluftsperrklappe 16 der Abgasauslaßleitung 15 ist geschlossen, da das Gebläse 13 eingeschaltet ist.

In der Abgaszuleitung 12 ist strömungsmäßig hinter dem Luftzuleitungsanschluß 34 eine Absperrklappe 36 angeordnet, die den weiteren Zustrom von Abgas vollständig zu unterbinden vermag, überschreitet die Gastemperatur an dem Eintritt 31 des Wärmetauschers 11 einen höchstzulässigen Wert, der von einer Meßvorrichtung 32* gemessen werden kann, so erfolgt nicht nur eine Abschaltung des

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Gebläses 13, sondern zugleich auch die Betätigung der Absperrklappe 36 im Sinne einer Unterbindung einer weiteren Zuleitung von Abgas in den Wärmetauscher 11. Das kann z.B. erforderlich werden, wenn an der Regelung des Mischungsverhältnisses Abgas / Luft ein Fehler auftritt. Wird infolgedessen oder durch einen Fehler des Verbrennungsofens die Temperatur des Abgases so niedrig, daß eine Taupunktgrenze erreicht wird, so kann die Absperrklappe 36 über die Meßvorrichtung 32' ebenfalls geschlossen werden, damit Korrosion im Wärmetauscher 11 insbesondere bei agressiven Abgasen vermieden wird.

Die Rücklaufleitung 17 des Wärmetauschers 11 und dessen Vorlaufleitung 20 sind durch eine Verbindungsleitung 37 miteinander verbunden, in der ein By-Pass-Ventil 38 angeordnet ist. Dieses öffnet, falls eine Wassererwärmung über den Wärmetauscher 11 nicht stattfindet, weil z.B. der Verbrennungsofen 10 außer Betrieb gesetzt wird. Gleichzeitig mit dem Schließen des Ventils 38 wird ein Ventil 39 in der Rücklaufleitung 17 des Wärmetauschers 11 geschlossen, damit Wasser aus dem Heizkreis 21 nicht unerwünschterweise zum Erwärmen des nicht in Betrieb befindlichen Wärmetauschers herangezogen wird.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage zur Erwärmung von Wasser mit Hilfe des Verbrennungsofens 10 ist vorausgesetzt, daß die Temperatur der Abgase des Verbrennungsofens 10 die im Wärmetauscher 11 höchstzulässige

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Temperatur nicht überschreiten können. Daher entfällt eine Zumischung von Luft. Die Abgaszuleitung 12 braucht nur dann durch die Absperrklappe 36 verschlossen zu werden, falls eine niedrigstzulässige Gastemperatur im Wärmetauscher 11 nicht unterschritten werden soll, was die Messvorrichtung 32'' feststellt, oder wenn die Absperrung von der Heizwasserseite her erforderlich ist.

Bei der Anlage gemäß Fig. 2 wird die Heizwassertemperatur von einem Doppelthermostaten 47 Oberwacht, dessen einer Thermostat das Gebläse 16 ein- und ausschaltet, wenn die Heizwassertemperatur eine bestimmte Grenze unter- bzw. überschreitet, und dessen anderer Thermostat das Gebläse 16 bei einer höchstzulässigen Heizwassertemperatur abschaltet. Hier erfolgt also die Regelung der dem Heizkreis 41 zugeführten Wärmemenge nicht von diesem Heizkreis her, sondern über den in der Nähe des Wärmetauschers 11 wirkenden Doppelthermostaten 47.

Das vom Wärmetauscher 11 gelieferte Heizwasser wird durch dessen Vorlaufleitung 20 und eine Umlaufpumpe 40 in eine Vorlaufleitung 43 eines Heizkreises 41 gespeist. In der Vorlaufleitung 43 ist eine Umlaufpumpe 44 angeordnet. In der Vorlaufleitung 17 ist vor der Einspeisung des erwärmten Wasser des Wärmetauschers 11 in den Heizkreis 41 ein motorbetriebenes Absperrventil 45 angeordnet.

In der Rücklaufleitung 17 des Wärmetauschers 11 ist ein Regelventil 48 angeordnet und als Dreiwegeventil mit

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den in der Zeichnung angegebenen Funktionen ausgerüstet. Zwischen der Zulaufleitung 49 für das Regelventil 48 und zwischen dem Absperrventil 45 ist mit den entsprechenden Abständen eine Verbindungsleitung 50 zwischen der Vorlaufleitung 20 und der Rücklaufleitung 17 des Wärmetauschers angeordnet. Das Regelventil 48 wird in Abhängigkeit von z.B. der Außentemperatur mehr oder weniger geöffnet bzw. vom an die Zulaufleitung 49 angeschlossenen Eingang auf den an den Rücklauf des Heizkreises 41 angeschlossenen Eingang umgesteuert bzw. umgekehrt. Entsprechend wird dem erwärmten Hasser über die Verbindungsleitung 50 ein kleinerer oder größerer Teil des Rücklaufwassers des Heizkreises 41 beigemischt und so die Vorlauftemperatur des Heizwassers des Heizkreises 41 beeinflußt.

Der Heizkreis 41 hat in seiner Vorlaufleitung 43 ein Dreiwegeventil 51 mit den dort angegebenen Funktionen, durch die dafür gesorgt werden kann, daß der Anschluß des Heizkreises 41 vollständig von der mit einer Umwälzpumpe versehenen zentralen Einspeisung 46 abgesperrt werden kann. In diesem Fall wird nur noch der Heizkreis 42 von der zentralen Einspeisung 46 versorgt. Ein Ventil 54 in einer Rücklaufleitung 53 des Heizkreises 41 vermag diese Rücklaufleitung 53 abzusperren, so daß nicht unerwünschterweise rücklaufendes Heizwasser aus dem Heizkreis 41 in die Rücklaufleitung 53 gelangen kann.

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Bel der Auslegung der Heizkreise und der Wärmerückgewinnungskreise müssen die Heizleistungen in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, falls nicht davon ausgegangen wird, daß die rückgewonnene Wärme in eine Heizungssammelschiene eingespeist wird. Hat der Heizkreis 41 z.B. 100 Watt, so sollte der Wärmetauscher 11 bzw. der Wärmerückgewinnungskreis ebenfalls ca. 100 Watt leisten können. Wäre die Leistung des Wärmerückgewinnungskreises wesentlich größer, so könnte der Heizkreis 41 bzw. der Heizkreis 21 in Fig. 1 die gelieferte Wärmemenge nicht abnehmen und der Wärmetauscher 11 müßte entsprechend oft abgeschaltet werden.

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L e e r s e i t e

Claims (11)

1. Verfahren zur Erwärmung von Wasser mit Abgasen eines Verbrennungsofens, welche von einem ein- und ausschaltbaren Gebläse durch einen Wärmetauscher gefordert werden, dessen erwärmtes Wasser einem Verbraucher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser auf Beizwassertemperatur erwärmt und einem Heizkreis (21,41) zugeführt wird una daß das Gebläse (13) in Abhängigkeit von der Heizwassertemperatur ein- und ausgeschaltet und bei Oberschreiten einer höchstzulässigen Heizwassertemperatur abgeschaltet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgas Luft beigemischt wird, und daß bei Oberschreiten einer hochstzulässigen Gastemperatur im Wärmetauscher (11) eine Abschaltung

   des Gebläses (13) erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten einer niedrigstzulässigen Gastemperatur im Wärmetauscher (11) eine Abschaltung des Gebläses (13) erfolgt.

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   ORIGINAL INSPECTED
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d adurch gekennzeichnet, daß mit einem Abschalten des Gebläses (13) der Wärmetauscher (11) vom Abgas abgesperrt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d adurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Hasser einem einen Heizkessel (22) aufweisenden Heizkreis (21) zugeführt wird und daß das Ein- und Ausschalten des Gebläses (13) und dessen Obertemperaturabschaltung in Abhängigkeit von einer Vorlauftemperatur des Heizkesselwassers erfolgt.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d adurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Hasser in eine oder mehrere Rücklaufleitungen (23) eines oder mehrerer Heizkessel (22) gespeist wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d adurch gekennzeichnet, daß das Ein- und Ausschalten und/oder die Abschaltung des Gebläses (13) in Abhängigkeit von der vor der Zuführung des erwärmten Wassers in den Beizkreis (41) gemessenen Heizwassertemperatur erfolgt.

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8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d adurch gekennzeichnet, daß ein dem Wärmetauscher (11) parallel geschaltetes By-Pass-Ventil (38) bei nichterfolgender Wassererwärmung geöffnet und der Wärmetauscher (11) strömungsmäßig abgeschaltet wird.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (13) abgasableltungsseitig an den Wärmetauscher (11) angeschlossen ist, daß in einer Abgaszuleitung (12) zum Wärmetauscher (11) eine fernbedienbare Absperrklappe (36) angeordnet ist und daß eine der Abgaszuleitung (12) parallele Abgasauslaßleitung (15) vorhanden ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasauslaßleitung (15) eine Falschluftsperrklappe (16) angeordnet ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die Abgaszuleitung (12) eine Luftzuleitung (30) angeschlossen ist und daß in der Abgaszuleitung (12) abgaeströmungsmäßig vor einem Luftzuleitungsanschluß (34) sowie in der Luftzuleitung (30) je eine Mischklappe (33,35) angeordnet ist.

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